JP2014035237A - テーパー孔端部の直径測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で低廉で、極めて短時間でテーパー孔端部の直径を測定することができるとともに、テーパー孔側面とテーパー孔端部平坦部の交点である仮想交点間の直径も測定することができるテーパー孔端部の直径測定装置を提供する。
【解決手段】筒体２と、筒体の一端に固定され内部中空で他端が平坦なアダプター３と、アダプター内に挿入され一端には被検査体のテーパー面に当接するテーパー４ｂが外周に形成され他端側にはアダプターに係止するツメ４ｃを備えるとともにアダプター内を移動するヘッド４と、筒体に固定される管状のステム５ａと、ステムに挿通し筒体内でヘッドと接触する測定子５ｃを備えるとともにヘッドを筒体から押し出す方向へバネ付勢で押圧するスピンドル５ｂと、測定子の移動度を基準値からの差で表示するダイヤルゲージ５と、からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、テーパー孔端部に形成される円の直径（内径）を簡易に検査することができるテーパー孔端部の直径測定装置に関する。

従来から、３次元形状を測定する装置として、特許文献１、２などがある。特許文献１の三次元形状測定装置は、測定物の上面も側面も１０〜１００ナノメートルの超高精度で走査測定することができる。即ち、上面スタイラス１ａは、エアスライド１ｃによりＸＹ方向には振れずに測定物の上面を走査測定でき、第１のミラー１ｂとレンズ２ｄｅによりＺ座標も精度良く測定でき、側面スタイラス２ｉａは、ＸＹ方向にのみ変位可能でＺ方向には振れないので測定物の側面を走査測定でき、側面スタイラス２ｉａのＺ座標測定は前記第１のミラー１ｂのＺ座標測定値を利用して、より高精度に側面スタイラスのＸＹ変位を傾斜角度測定部２ｊで測定することができるというものである。

特許文献２の三次元形状測定装置は、光パルスの検出タイミングにかかわらず、奥行き方向の空間分解能及び測定精度を向上可能するため、色が規則的に経時変化する光パルスを生成するチャープ導入装置と、前記光パルスをワークに照射し切り出すことで該光パルスの反射光像を取得する反射光像取得部と、反射光像を分光し複数のカラーチャンネルでの各色情報を二次元位置毎に取得する色情報取得部とを備える。前記各色情報に対応する分光特性は、前記光パルスの波長範囲において少なくとも２つが交差するというものである。

しかしながら、特許文献１、２では、初期投資が極めて高いこと、また検査時間も長く多数の検体を検査するには向かない。

特開２０１２−７８３４４号公報 特開２０１２−１３７３９４号公報

そこで、本発明は、簡易な構造で低廉で、極めて短時間でテーパー孔端部の直径を測定することができるとともに、テーパー孔側面とテーパー孔端部平坦部の交点である仮想交点間の直径も測定することができるテーパー孔端部の直径測定装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記課題を解決するため、
（１）
筒体と、前記筒体の一端に固定され内部中空で他端が平坦なアダプターと、前記アダプター内に挿入され一端には被検査体のテーパー面に当接するテーパーが外周に形成され他端側には前記アダプターに係止するツメを備えるとともに前記アダプター内を移動するヘッドと、前記筒体に固定される管状のステムと、前記ステムに挿通し前記筒体内で前記ヘッドと接触する測定子を備えるとともに前記ヘッドを前記筒体から押し出す方向へバネ付勢で押圧するスピンドルと、前記測定子の移動度を基準値からの差で表示するダイヤルゲージと、からなることを特徴とするテーパー孔端部の直径測定装置の構成とした。
（２）
さらに、目的の直径が形成されているテーパー孔が穿設された校正用マスターを備え、前記ヘッドを前記テーパー孔に挿入して前記ダイヤルゲージの０点校正をすることを特徴とする（１）に記載のテーパー孔端部の直径測定装置の構成とした。
（３）
（２）のテーパー孔端部の直径測定装置を用いて、テーパー孔端部の円の直径を測定することを特徴とするテーパー孔端部の直径の測定方法の構成とした。
（４）
前記テーパー孔端部が、断面弧状で、テーパー孔のテーパーと端部平坦面との交点である仮想交点間の直径を求めることを特徴とする（３）に記載のテーパー孔端部の直径の測定方法の構成とした。

本発明は、以上の構成であるため、低廉で、極めて簡易かつ短時間でテーパー孔端部の円の直径を測定できる。テーパー孔端部が断面弧状であっても、テーパー孔側面と端部平坦面との交点である仮想交点間の直径を測定することができる。

本発明であるテーパー孔端部の直径測定装置の正面部分透視模式図である。 校正用マスターの説明図である。（Ａ）が平面図、（Ｂ）が（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 ダイヤルゲージの０点校正の説明図である。 被検査体のテーパー孔端部の直径の測定状況（直径適正±０）を説明する図である。 被検査体のテーパー孔端部の直径の測定状況（直径小）を説明する図である。 被検査体のテーパー孔端部の直径の測定状況（直径大）を説明する図である。 ダイヤルゲージ目盛りと直径との相関関係（換算）及び被検査体の適否を示す換算表である。 被検査体と継手の結合断面模式図である。 テーパー孔側面とテーパー孔端部平坦部との仮想交点の説明図である。

以下、図面に基づき本発明について詳細に説明する。なお、本発明は実施例に限定されるものではない。

図１に示すように、本発明であるテーパー孔端部の直径測定装置１は、筒体２と、アダプター３と、ヘッド４と、ダイヤルゲージ５とからなる。さらに、必要に応じて、図２に示す校正用マスター６を備え、図８、９に示すように、継手８とＯリング９で気密的に嵌合する被検査体７のテーパー孔７ｈの端部に形成される円の直径、或いは図９に示すような端部断面が弧状７ｇに湾曲した場合の仮想交点７ｆ間の直径（ここでは、直径φ＝１５．６が目標値である。）を求める装置である。

筒体２は、ダイヤルゲージ５のステム５ａ及び測定子５ｃを収納するとともに、ヘッド４を可動（図１上下）可能に収納するに貫通（図１上下）する貫通孔２ａが穿設されている。筒体２は、テーパー孔端部の直径測定時に測定者が把持する部分である。

なお、ステム５ａを収納する貫通孔２ａ部をステム５ａの略同長とし、さらにステム５ａの外径と略同径の内径とすることで、測定時及び経時的なステム５ａの固定位置の歪みが発生せず、精度よい前記直径の測定が可能になる。

アダプター３は、内部が中空で、筒体２の一端にネジ３ｄなどで固定されるフランジ３ｂと、フランジ３ｂに連設する筒状のガイド３ａからなり、ガイド３ａの反フランジ３ｂ側は平坦面３ｃとなっており、テーパー孔６ａ、７ｈの平坦な平坦面３ｃ、端部７ｃに当接する。

ヘッド４は、ガイド３ａ内に上下動可能（図１上下方向白抜き矢印）に挿入される軸部４ａと、軸部４ａの一端の外周に形成され校正用マスター６のテーパー６ｂ、被検査体のテーパー７ｄに当接するテーパー４ｂと、テーパー４ｂの他端側にアダプター３に筒体２内で係止するツメ４ｃとからなる。

後述のように、ヘッド４の上方向の移動度（図１白抜き上向き矢印）、即ちテーパー孔６ａ、７ｈの深さをテーパー孔端部の円の直径に換算する（図７）。ここでは、テーパー４ｂの傾きは、図１の上下方向（テーパー４ｂ部に記載の波線）に対して１５°の傾きのあるテーパー４ｂを例示した。

ダイヤルゲージ５は、測定子５ｃを備えたスピンドル５ｂの上下の動きを、ラック及びピニオンなどの歯車５ｋを利用して、拡大回転運動に変換して、測定子５ｃの上下移動度を指針する比較測定器であり、別の基準物と比較してその変位量から測定値や差を求めるものである。例えば、株式会社ミツトヨなどの各種ダイヤルゲージ（http://www.mitutoyo.co.jp/products/dialgauge/dialgauge.html）が市場に流通している。

ダイヤルゲージ５は、図１に示すように、例えば、内部に歯車５ｋなどのギヤシステムを収納するケース（図１裏面図示省略）と、前記ケース前面を覆い側面に回転可能に取り付けられた外枠５ｄと、外枠５ｄとともに回転する目盛り盤５ｅと、外枠５ｄを前記ケースに位置固定するストッパ５ｍと、前記ケースに固定されるとともに筒体２内に挿入され固定される管状のステム５ａと、スピンドル５ｂと、測定子５ｃと、前記ケースに取り付けられスピンドル５ｂの他端を収納するキャップ５ｌと、スピンドル５ｂの上下動に伴って回転（図１中点線弧状両矢印）する歯車５ｋの回転によって比例回転する長針５ｈ及び短針５ｉと、目盛り単位幅などが表記され前記ケースに固定された文字盤５ｆと、からなり、測定子５ｃの移動度（図１上向き白抜き矢印）を長針５ｈ、短針５ｉの回転表示に変換する装置である。

スピンドル５ｂは、ステム５ａに挿通し、筒体２内でヘッド４の後端４ｄと接触する測定子５ｃを先端に備え、ヘッド４を筒体２から押し出す方向へバネ付勢で押圧するとともに、前記ケースを貫通しヘッド４の上下動（図１中の点線両矢印）に伴って上下動し、歯車５ｋに上下動を伝達し、長針５ｈ及び短針５ｉを回転させる。長針５ｈが１回転することで、短針５ｉは所定目盛り回転する。

測定子５ｃ（スピンドル５ｂ）の上下方向の移動度を回転運動へ変換するには、例えばスピンドル５ｂにラック（歯）が形成され、歯車５ｋがピニオンとなり、ラック・アンド・ピニオン機構で、測定子５ｃの移動度を複数の歯車で拡大させ、長針５ｈ、短針５ｉを回転させる。

ダイヤルゲージ５を筒体２に固定するには、ステム５ａにクランプなどの固定具２ｂをネジ２ｃなど固定した上で、固定具２ｂをネジ２ｄなどで筒体２に固定するなどの方法がある。

長針５ｈ、短針５ｉには、それぞれ専用の目盛り盤５ｅ、５ｎがある。被検査体７のテーパー孔７ｈの基準深さ（＝テーパー孔７ｈの端部の円の直径）のときの長針５ｈの位置に外枠５ｄを回転させ、目盛り盤５ｅの０を合わせる。外枠５ｄの回転にともなって、目盛り盤５ｅも回転する。

長針５ｈの０位置が目的のテーパー孔端部の直径で、実施例１の場合、長針５ｈが０より左方向で停止すれば、スピンドル５ｂの上方向への移動度が基準より少ないことからテーパー孔端部の円の直径が目的の直径より大きいことを意味する。長針５ｈが０より右方向で停止すれば、スピンドル５ｂの上方向への移動度が基準より大きいことからテーパー孔端部の円の直径が目的の直径より小さいことを意味する。

ここでは、目的の直径（φ）を１５．６５ｍｍとして、目盛り盤５ｅの０位置とした。そして、許容範囲は、１５．６０ｍｍ（目盛り盤５ｅの数字９０）以上１５．７ｍｍ（目盛り盤５ｅの数値１０）より小さい直径とした。即ち、目盛り盤５ｅのグレー着色部分は規格外であることを意味する。図１では、長針が−０．０３を示しており、そのときのテーパー孔端部の円の仮想直径は、図７に示すように１５．６３４ｍｍとなる。

校正用マスター６は、図２に示すように、図２下方に向かって細くなる断面（Ｂ）逆円錐台のテーパー孔６ａを備える。ここでは、図２（Ｂ）上下方向の波線から１５°の傾きで細くなるテーパー孔６ａとした。テーパー孔６ａの内側面がテーパー６ｂである。平坦面６ｃは、アダプター３のガイド３ａ下端の平坦面３ｃと当接する。

テーパー孔６ａの端部の直径は、１５．６５０ｍｍとした。傾き１５°は、ヘッド４のテーパー４ｂ及び被検査体７のテーパー孔７ｈのテーパー７ｄと同じ傾きで、被検査体７のテーパー７ｄの基準となり、被検査体７のテーパー端部の円の直径の基準となる。

次に、図３を参照して、基準位置校正（０点校正）方法について説明する。先ず、ヘッド４のテーパー４ｂ及び校正用マスター６のテーパー６ｂを生地できれいに拭き取る。

ヘッド４は、ガイド内を上下動できるとともに、図３（Ａ）に下向き矢印で示すように、アダプター３の外に突出するように押圧されている。そして、ヘッド４を校正用マスター６のテーパー孔６ａに嵌め、アダプター３の平坦面３ｃを校正用マスター６の上面の平坦面６ｃに当接させる。ヘッド４は、ツメ４ｃがアダプター３に係止され、アダプター３から脱落しない。

ヘッド４は、押圧力でテーパー孔６ａに挿入され、ヘッド４のテーパー４ｂが校正用マスター６のテーパー６ｂに当接する。そのときの長針５ｈの位置に目盛り盤５ｅの０を合わせるように、外枠５ｄを回転させる。そして、ストッパ５ｍで外枠５ｄを前記ケースに固定する。このときのヘッド４の進入位置（深度）が被検査体７のテーパー孔７ｈ端部の円の直径（φ１５．６５０ｍｍ）と１対１で相関する。

次に、被検査体７の検査方法について説明する。ここに示す被検査体７は、図８に示すように、継手８と気密的に螺合する。

図８に示すように、被検査体７は、内部に流路７ａが貫通する管で、流路７ａの一端部内側に継手８と螺合するネジ山７ｂが形成される。また被検査体７の端部には底が平坦な端部７ｃが形成され、継手８と嵌合する。流路７ａと端部７ｃは連通し、接続部にテーパー７ｄ及び切り欠き７ｅが形成される。テーパー７ｄ部にテーパー孔７ｈが形成される。

被検査体７を成形するには、先ず、流路７ａにネジ山７ｂを切り込んだ後に、テーパー孔７ｈを穿設する。従って、テーパー孔７ｈのみを穿設すると、テーパー孔の穿設端部にバリが発生するため、テーパー孔とともに切り欠き７ｅも穿孔する。これにより、テーパー７ｄにバリがなく、継手８との螺合時に気密性を阻害しなくなる。

ここで、継手８は、図７（Ａ）に示すように、内部に流路８ａが貫通する管で、一端外周部には被検査体７のネジ山７ｂと螺合するネジ部８ｂが設けられる。ネジ部８ｂの端部の平坦面８ｃの位置に、Ｏリング９が嵌められる。

被検査体７と継手８が気密的に嵌合することで、液体の流路７ａ、８ａが連通する。それらが螺合状態のとき、Ｏリング９がテーパー７ｄに位置して、螺合で圧縮変形することで、被検査体７と継手８を気密的にシールする（図７（Ｂ））。

液体としては、高圧のオイルなどが例示できる。Ｏリング９が気密的に被検査体７と継手８をシールするためには、この場合１５°のテーパー７ｄが極めて重要である。

図９に示すように、被検査体７のテーパー孔７ｈの端部７ｃは、テーパー７ｄと接続するものの、接続部は、弧状７ｇになっている。このように弧状７ｇのテーパー孔７ｈ端部７ｃの円の直径は、簡単には測定できない。なお、他の図において、弧状７ｇは湾曲することなく、簡易的に角状で示している。

弧状７ｄの端部７ｃと、テーパー７ｄとの延設交点が、仮想交点７ｆで、検査されるテーパー孔７ｈ端部の円の直径である。

図４〜図６に、テーパー孔端部の円の直径を測定している状況を示した。図４には、検査した被検査体７のテーパー孔７ｈの直径が、目的の直径である場合を示した。ヘッド４の先端部が目標深度（図中左向き矢印）にあるので、テーパー孔端部の円の直径も目標直径である。

即ち、ヘッド４の後端４ｄの押し上げ位置は校正用マスター６で校正したときと同じ位置（目標位置±０）で、このとき図１の長針５ｈは、目盛り盤５ｅの０を指針する。そして、テーパー孔端部の直径は、図７に示すように、１５．６５０ｍｍとなる。

図５には、検査した被検査体７のテーパー孔７ｈの直径が、目的の直径より小さい場合を示した。ヘッド４の先端部が目標深度より−αだけ上に位置するので、テーパー孔端部の円の直径は目標直径より小さい。

即ち、ヘッド４の後端４ｄの押し上げ位置は校正用マスター６で校正したときより上に位置（目標位置−α）し、このとき図１の長針５ｈは、目盛り盤５ｅの０より−側を指針する。そして、テーパー孔端部の直径は、図７に示すように、１５．６５０ｍｍより小さい。

図６には、検査した被検査体７のテーパー孔７ｈの直径が、目的の直径より大きい場合を示した。ヘッド４の先端部が目標深度より＋βだけ上に位置するので、テーパー孔端部の円の直径は目標直径より大きい。

即ち、ヘッド４の後端４ｄの押し上げ位置は校正用マスター６で校正したときより下に位置（目標位置＋β）し、このとき図１の長針５ｈは、目盛り盤５ｅの０より＋側を指針する。そして、テーパー孔端部の直径は、図７に示すように、１５．６５０ｍｍより大きい。

図７に示すように、本実施例では、基準直径値（長針５ｈの０）を１５．６５０ｍｍとし、１５．６０ｍｍ＜φ仮想値ｍｍ＜１５．７０ｍｍを規格内としている。図１の目盛り盤５ｅの非グレー部に長針５ｈが位置する場合である。

本実施例では、テーパー孔７ｈのテーパー７ｄの傾斜角を１５°とした被検査体７の場合を示したが、勿論テーパー孔のテーパーの傾斜角、仮想直径、ダイヤルゲージ５の目盛り盤５ｅの０点等、校正用マスター６は、検査対象物のテーパー孔形状により、適宜変更できるものである。

１ テーパー孔端部の直径測定装置
２ 筒体
２ａ 貫通孔
２ｂ 固定具
２ｃ ネジ
３ アダプター
３ａ ガイド
３ｂ フランジ
３ｃ 平坦面
３ｄ ネジ
４ ヘッド
４ａ 軸部
４ｂ テーパー
４ｃ ツメ
４ｄ 後端
５ ダイヤルゲージ
５ａ ステム
５ｂ スピンドル
５ｃ 測定子
５ｄ 外枠
５ｅ 目盛り盤
５ｆ 文字盤
５ｈ 長針
５ｉ 短針
５ｋ 歯車
５ｌ キャップ
５ｍ ストッパ
５ｎ 目盛り盤
６ 校正用マスター
６ａ テーパー孔
６ｂ テーパー
６ｃ 平坦面
７ 被検査体
７ａ 流路
７ｂ ネジ山
７ｃ 端部
７ｄ テーパー
７ｅ 切り欠き
７ｆ 仮想交点
７ｇ 弧状
７ｈ テーパー孔
８ 継手
８ａ 流路
８ｂ ネジ部
８ｃ 平坦面
９ Ｏリング

Claims (4)

1. 筒体と、前記筒体の一端に固定され内部中空で他端が平坦なアダプターと、前記アダプター内に挿入され一端には被検査体のテーパー面に当接するテーパーが外周に形成され他端側には前記アダプターに係止するツメを備えるとともに前記アダプター内を移動するヘッドと、前記筒体に固定される管状のステムと、前記ステムに挿通し前記筒体内で前記ヘッドと接触する測定子を備えるとともに前記ヘッドを前記筒体から押し出す方向へバネ付勢で押圧するスピンドルと、前記測定子の移動度を基準値からの差で表示するダイヤルゲージと、からなることを特徴とするテーパー孔端部の直径測定装置。
2. さらに、目的の直径が形成されているテーパー孔が穿設された校正用マスターを備え、前記ヘッドを前記テーパー孔に挿入して前記ダイヤルゲージの０点校正をすることを特徴とする請求項１に記載のテーパー孔端部の直径測定装置。
3. 請求項２のテーパー孔端部の直径測定装置を用いて、テーパー孔端部の円の直径を測定することを特徴とするテーパー孔端部の直径の測定方法。
4. 前記テーパー孔端部が、断面弧状で、テーパー孔のテーパーと端部平坦面との交点である仮想交点間の直径を求めることを特徴とする請求項３に記載のテーパー孔端部の直径の測定方法。

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